Add "2026-01-04_用 Modern C++ 的方式寫程式吧"

content/posts/2026/2026-01-04_用 Modern C++ 的方式寫程式吧/index.md

@@ -0,0 +1,214 @@
+---
+slug: "[C++ 筆記] 用 Modern C++ 的方式寫程式吧"
+title: "[C++ 筆記] 用 Modern C++ 的方式寫程式吧"
+description:
+toc: true
+authors:
+    - awin
+tags:
+    - c++
+categories:
+    - Programming
+series:
+    - C++ 筆記
+date: 2026-01-04T00:00:00
+lastmod: 2026-01-04T00:00:00
+featuredVideo:
+featuredImage:
+draft: false
+enableComment: true
+---
+
+## Modern C++ 已經改變很多了
+
+<!--more-->
+
+### 歷史包袱的重量
+
+C++ 一直在相容性上不遺餘力，舊的語法能跑，新的語法與關鍵字又一直疊加，最後呈現出來的就是複雜。作為一個長久以來的使用者，看著其他程式語言的崛起與更新，雖然在理性上很能夠理解，但是情感上還是會想掙扎一下，讓我們看看 Modern C++ 改變的那一面，拋棄到舊的習慣，讓我們可以在不失去效能的情況下，用「比較輕鬆」的方式來寫 C++。
+
+## Modern C++ 的改變
+
+### 1. 記憶體管理
+
+**告別手動記憶體管理（`new`/`delete`）**
+
+```cpp
+// 舊式 C/C++ 方式
+BigBuffer* buffer = new BigBuffer(size);
+// ... 使用 buffer
+delete buffer;  // 容易忘記，造成記憶體洩漏
+
+// Modern C++ 方式
+auto buffer = std::make_unique<BigBuffer>(size);
+// 自動管理記憶體，無需手動 delete
+```
+
+**使用 Smart Pointer**
+
+- `std::unique_ptr`：獨佔所有權
+- `std::shared_ptr`：共享所有權
+- `std::weak_ptr`：弱引用，避免循環依賴
+
+### 2. 用容器取代原生陣列
+
+```cpp
+// 危險的 C 陣列
+int arr[100];  // 無邊界檢查，容易越界
+
+// 安全的 Modern C++ 容器
+std::array<int, 100> arr;    // 編譯時大小固定
+std::vector<int> vec;        // 動態大小
+```
+
+### 3. 自動型別推導
+
+C++ 11 開始支援 [`auto`](https://en.cppreference.com/w/cpp/keyword/auto.html) 關鍵字
+
+```cpp
+// 舊的方式，冗長的型別宣告
+std::vector<std::string>::iterator it = vec.begin();
+
+// 簡潔的 auto
+auto it = vec.begin();
+
+// 結構化綁定（C++17）
+auto [key, value] = map_pair;
+```
+
+### 4. 現代迴圈語法
+
+```cpp
+// 傳統 C 風格迴圈
+for (int i = 0; i < arr.size(); ++i) {
+    process(arr[i]);
+}
+
+// Modern C++ 範圍迴圈
+for (const auto& elem : arr) {
+    process(elem);
+}
+```
+
+### 5. Lambda 表達式
+
+```cpp
+// 傳統函式物件
+struct Comparator {
+    bool operator()(int a, int b) const {
+        return a < b;
+    }
+};
+
+// Modern C++ Lambda
+auto compare = [](int a, int b) { return a < b; };
+```
+
+## Modern C++ 的其他好東西
+
+### 使用 `std::optional` 明確表達「可能為空」的情況
+
+```cpp
+std::optional<int> findValue(const std::map<int, int>& mapping, int key) {
+    auto it = mapping.find(key);
+    if (it != mapping.end()) {
+        return it->second;  // 找到了，返回值
+    }
+    return std::nullopt;    // 沒找到，返回空值
+}
+
+// 使用前必須檢查
+auto value = findValue(numbers, 42);
+if (value.has_value()) {
+    std::cout << "Found value：" << value.value() << std::endl;
+}
+```
+
+像 Python 可以 `return None` 來表示空值，`std::nullopt` 也提供了一個表達空值的方式。
+傳統的方式只能像是：
+```cpp
+bool findResult(const std::vector<int>& mapping, int target, int& result) {
+    for (const auto& value : mapping) {
+        if (value == target) {
+            result = value;  // 找到了，設置結果
+            return true;     // 返回成功
+        }
+    }
+    return false;            // 沒找到，返回失敗
+}
+```
+
+### `constexpr` 可以在編譯時計算
+
+```cpp
+constexpr int factorial(int n) {
+    return (n <= 1) ? 1 : n * factorial(n - 1);
+}
+
+// 在編譯時就能計算出結果
+constexpr int fact5 = factorial(5);  // 編譯時計算為 120
+```
+### 用 `using` 簡化程式
+
+`using`（稱為型別別名，Type Alias）和 `typedef` 的功能基本上是一樣的：它們都是為現有的型別建立一個「別名」，而不是建立新的型別。
+
+- **`using`：** `using [新名字] = [舊型別];`
+- **`typedef`：** `typedef [舊型別] [新名字];` // 比較不直覺
+
+`using` 有一個 `typedef` 做不到的是模板別名（Template Alias）。
+
+例如
+```cpp
+template <typename T> using Handler = std::function<void(const T&)>;
+Handler<int> intHandler;
+```
+
+用 `using` 來簡化 `std::function` 的例子。例如說我們的參數是一個 callback function
+```cpp
+void setOnProgress(std::function<void(double, size_t)> callback) {
+    progressCb = callback;
+}
+
+// 用 using 簡化
+using ProgressCallback = std::function<void(double percentage, size_t bytesSent)>;
+
+void setOnProgress(ProgressCallback callback) {
+	progressCb = callback;
+}
+```
+
+### 表達力
+
+Modern C++ 讓程式碼更接近自然語言：
+
+```cpp
+auto result = numbers
+    | std::views::filter([](int x) { return x % 2 == 0; }) // 挑偶數
+    | std::views::transform([](int x) { return x * x; })   // 轉平方
+    | std::ranges::to<std::vector>();                      // 直接收進 vector
+```
+
+C++23 加入了 [`std::ranges::to`](https://en.cppreference.com/w/cpp/ranges/to.html)
+更重要的是不用再寫一堆 Iterator。
+
+### 效能
+
+Modern C++ 的效能提升，精確來說是實踐了 **「零成本抽象（Zero-overhead abstraction）」**。
+
+- **`constexpr`**：這真的很好用。能把計算直接塞進編譯階段，執行時完全不用花 CPU 時間。到了 C++20 更有 `consteval` 強制編譯期計算。
+- **移動語意 (Move Semantics)**：這是 C++ 的續命符。它解決了以前回傳大型物件時，為了怕拷貝太慢得傳指標或寫得扭扭捏捏的問題。現在直接 `return` 沒負擔。
+
+## 試試看吧，漸進式升級
+
+一開始先試著用 `std::array` 或 `std::vector` 來取代傳統的 array。
+然後用 smart pointer 來取代 `new/delete`。
+過程中用 `auto` 來少打一些字。
+用 `using` 來簡化落落長的型別。
+用 Lambda 來簡化 callback（不用在遠遠的地方定義 function）。
+
+試試看，當冗長的 code 變得清爽，思路也比較不容易打結。
+
+## 最後
+
+雖然 C++ 還是有很多可以改進的地方，例如 package 的使用跟 Python 相比就麻煩很多。
+但還是有在改變，試試看吧。